摘要：三门核电循环水取自三门湾海水，经过凝汽器后排入三门湾。循环水系统将常规岛汽轮机凝汽器的热量传输至海水、为厂用水系统提供冷却海水、为开式循环水系统提供冷却海水，为海水淡化系统提供原水。本文从环境、设计、施工三方面来说明三门核电循环水管道腐蚀原因，后分析两种阴极保护方法的可行性。
关键词：循环水管道；阴极保护；腐蚀防护
1 背景
三门核电循环水管道内壁采用加强型通用耐磨环氧漆Penguard Universal+乙烯环氧漆Safeguard Universal ES+水解型无锡自抛光防污漆Seaquantum Ultra SC的涂层系统，无牺牲阳极和外加电流阴极保护。历次检查发现，该涂层体系防污效果较好，但每次检查均会发现大量局部锈点，主要集中在焊缝涂层补口区域，表面清理后发现管道基体存在腐蚀坑，最近一次检查发现腐蚀坑最深处达10mm左右（原始壁厚34mm）。
2 腐蚀原因
2.1环境原因
根据《浙江三门核电厂环境影响评价报告》，三门湾海水中阴离子主要为Cl-，总含量超过85%，属于典型海水组分构成。溶解氧含量随季节不同而发生变化，冬季为6.16，夏季为10.11，含氧量较为丰富。海水的pH值为8左右，呈弱碱性。
由于高盐分、高含氧量，该环境的腐蚀性分级为强。在此环境下，碳钢材料易发生吸氧腐蚀，Cl-对腐蚀过程有促进作用。不锈钢材料及碳钢涂层破损处面临点蚀风险极高，且腐蚀速率较快。
2.2设计原因
循环水系统管道采用Q235A钢板卷制焊接而成，除了凝汽器入口电动蝶阀至出口蝶阀后两倍管径处管道内壁采用衬胶防腐外，其他管道内表面采用佐敦公司的“Jotacote universal通用环氧耐磨漆+Safeguard TF KS乙烯环氧漆+Seaquantun ultra无锡自抛光防污漆”涂层进行防腐防污，无外加电流阴极保护或牺牲阳极。
涂层防腐主要是利用成膜物的屏蔽作用，将金属表面和环境隔开，抑制水、氧和离子通过。但在实际工程中，涂层很难保证百分百的没有缺陷，单一涂层防腐，一旦涂层破损，就对破损点丧失了防护；单一的阴极保护又要求较多数量的牺牲阳极或者耗电量大，经济性差。因此，海水环境下金属的防腐通常是涂层和阴极保护配合使用，涂层对金属整体进行保护，阴极保护对局部的漏点进行保护，形成完善的防腐体系。
2.3 施工原因
循环水管道埋设前，管段在车间完成内外部涂层的喷涂施工，预留焊缝左右各30cm不进行涂装，在焊接拼装完成后进行现场补漆。现场补漆时，表面处理采用电动工具打磨处理，涂刷方式采用辊涂，涂装质量与车间喷砂喷漆存在较大的差异。在历次检查中，发现的缺陷80%左右集中在现场补漆这个区域。
循环水管道防腐施工难点在于环境温湿度控制难、表面处理方式效率低效果差、新旧涂层搭接不当、工期紧等，通过优化施工后，也很难避免漏点存在。在海水环境下，对循环水管道采用目前的单一涂层进行防腐，以目前的查漏手段和施工技术，很难做到百分百的没有漏点。即便循环水管道涂层99%完好，存在1%的漏点，这1%漏点部位发生腐蚀穿孔的可能性很高。
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3 经验反馈
国内核电厂循环水母管大部分是采用钢筋混凝土，无防腐措施；凝汽器进出口管道大部分采用碳钢衬胶。秦一厂循环水管道采用碳钢材质，不同的管段分别采用水泥砂浆+涂层+外加电流阴极保护和水泥砂浆+涂层+牺牲阳极的防腐措施，在历次检查中发现涂层局部存在破损，无腐蚀坑。从使用效果来看，外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护起到了保护作用。但秦一厂的循环水管道管径为DN2600，长度也较三门短，国内核电厂循环水管道采用如此大管径、长距离的碳钢管仅三门一家。
4 阴极保护方案比选
4.1外加电流阴极保护
金属在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀。外加电流阴极保护通过外部直流电源与被保护体相连，通过辅助阳极将保护电流引入海水中，并通过海水提供给被保护体，被保护体为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子的氧化反应，使腐蚀受到抑制。外加电流阴极保护法需要布置设备，主要包括恒电位仪、辅助阳极、参比电极和导线等。
根据三门核电循环水管道深埋地下14米、总长度超过1200米、布线窗口少的实际情况，结合外加电流阴极保护的结构特点分析，循环水管道不适合采用外加电流阴极保护法进行防腐。
4.2牺牲阳极阴极保护
牺牲阳极阴极保护利用了电偶腐蚀的原理，通过自腐蚀电位更负的金属与被保护体相连，构成完整的腐蚀电池回路，使得被保护体成为阴极获得保护，而阳极金属不断消耗，释放出电子。
除了考虑阴极保护效果，安装牺牲阳极还需要考虑阳极块对系统流阻的影响。从历次检查来看，循环水管道表面无海生物附着，表面较为光洁，实际情况具备安装牺牲阳极的条件，安装阳极带来的流阻不会影响循环水系统的正常运行。安装阳极后，需定期对循环水管道内壁海生物附着情况，确保循环水管道内壁保持光洁的状态。若进行保守决策的话，可对循环水管道分段安装牺牲阳极，特别是对循环水进口母管段进行重点保护，这样做的好处是增加的流阻在光洁和污损状态下都不会对循环水系统正常造成影响，但缺点是只能对部分管道起到保护作用。另外，还可以通过定制阳极的尺寸、形状进一步降低流阻。
牺牲阳极安装方式分为焊和螺栓连接两种，不论是通过焊接还是螺栓连接，均会造成循环水管道外壁涂层的破损，但破损面积不会超过外壁涂层总面积的1%，即使涂层破损，外壁仍受到外壁阴极保护系统保护，能够抑制腐蚀发生。
4.3方案比较
外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种方式优缺陷点比较如下：
外加电流阴极保护优点是保护范围大，适用于大型工程；保护电流和电压可连续调节；保护装置的服役寿命长；用于大型工程时保护成本很低。缺点是系统结构较复杂，必须要有外部电源，其管理维护工作量大；需在管道内布置参比电极、辅助阳极和导线，而现场实际可布线位置仅有循泵出口、循环水管道排气阀等少数几个，实现难度较大；过保护会导致氢脆，也可使涂覆层产生阴极剥离；被保护结构物上的电流分布不均匀；初次投资较大，日常供电成本较高。
牺牲阳极阴极保护优点是不需要电源；保护系统简单，安装方便；不需要日常维护；不会对邻近钢结构产生干扰；人为调节保护参数困难，很少产生“过保护”；对小型工程的保护成本很低。缺点是输出电流和保护距离有限；需定时更换阳极；针对循环水管道，保护面积较大，因此经济优势不明显。
5 结论
通过以上方案的比选，能看出牺牲阳极的保护措施可行性更高。三门核电已确定采用此方案进行循环水管道的防腐改造，计划在未来的大修中，分步执行牺牲阳极的安装工作。
论文作者:缪骐远
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：阴极论文; 阳极论文; 涂层论文; 水管论文; 电流论文; 牺牲论文; 海水论文; 《基层建设》2019年第19期论文;